基于Sentinel卫星的浑浊水体叶绿素反演对比研究——以鄱阳湖为例

Sentinel-2A卫星、Sentinel-3A卫星分别于2015年6月和2016年2月成功发射,其上搭载的MSI、OLCI传感器的空间分辨率、时间分辨率、波段设置等在内陆水体水环境遥感研究中具有较大的应用潜力.针对浑浊水体叶绿素的反演难题,以鄱阳湖为例,基于光学分区理论并结合同步实测数据,探讨了Sentinel系列卫星数据在湖泊叶绿素a遥感反演的可行性.研究表明:1)对于Sentinel-2A MSI数据,鄱阳湖北湖区以[1/Rrs(665)-1/Rrs(705)]*Rrs(740)作为反演因子构建的三波段模型拟合效果最好,决定系数R2是0.65,平均相对误差是38.53%;鄱阳湖南湖区差值模型Rrs(705)-Rrs(665)反演结果最好,R2是0.63,相对误差是39.87%.2)对于Sentinel-3A OLCI数据,鄱阳湖北湖区以[1/Rrs(665)-1/Rrs(673.75)]*Rrs(753.75)作为反演因子构建的三波段模型拟合效果最好,R2为0.65,平均相对误差为37.6%;鄱阳湖南湖区差值模型Rrs(708.75)-Rrs(665)反演结果最好,R2是0.62,平均相对误差为39.6%.3)Sentinel系列卫星的分区模型能在一定程度上解决鄱阳湖部分浑浊水体区域叶绿素反演不成功的问题,后续将研究更高精度的反演模型方法.

基于Sentinel卫星及无人机多光谱的滨海冬小麦种植区土壤盐分反演研究——以黄三角垦利区为例

【目的】探究黄河三角洲麦田土壤盐分准确高效的遥感提取方法,掌握土壤盐渍化程度与分布。【方法】以垦利区为研究区,均匀布设冬小麦种植区样点77个,同时设置代表性试验区2个,网格布设样点99个,实测采集麦田土壤表层盐分数据及试验区无人机多光谱图像。筛选红、绿、红边、近红4个波段及SI、NDVI、DVI、RVI、GRVI 5个光谱指数中的敏感光谱参量,采用逐步回归、偏最小二乘法、BP神经网络及SVM支持向量机4种方法建立土壤盐分估测模型,使用波段比值均值法得到Sentinel-2A卫星影像相应波段的修正系数,进而将筛选的土壤盐分估测模型转换为基于卫星影像的反演模型,经麦区实测样点数据验证,得到最佳的麦区土壤盐分反演模型,实现试验区和研究区2个尺度的麦田土壤盐分反演。【结果】无人机4个波段及光谱指数NVDI、RVI、SI与土壤盐分含量相关性显著,4种建模方法的13个模型中,以NDVI、RVI、SI建立的4个指数模型的建模及验证R2均优于其他模型;对4个模型进行升尺度修正及验证,效果最佳的反演模型为偏最小二乘法光谱指数模型:Y=-9.4774×NDVI1+0.4794×RVI1+3.0747×SI1+5.0604,验证R2为0.513,RMSE为1.379;利用该模型反演得到了试验区及整个研究区麦田土壤盐分等级分布图,结合实测插值及调查结果,证明反演模型及空间分布结果准确、可靠。【结论】本研究构建了卫星、无人机一体化的滨海麦区土壤盐分反演模型,对滨海盐渍区农作物的生产管理有积极参考价值。

基于Sentinel卫星影像的土地利用类型提取——以丽水市莲都区为例

为研究光学遥感和微波遥感数据在城市森林信息提取中的互补性,该文采用Sentinel-1A雷达影像与Sentinel-2A光学影像,基于面向对象决策树的方法和不同的特征组合策略(①Sentinel-2A的7个可见光波段;②Sentinel-2A的7个可见光波段加入5、6、7红边波段;③方案2中10个波段加入Sentinel-1A的VV、VH后向散射系数;④方案3中所有波段加上纹理特征、植被指数等共34个波段)对浙江省丽水市莲都区进行土地利用分类和比较。结果发现,Sentinel-2A的红边波段引入后森林的用户精度提高了15.32%,雷达后向散射信息使总体精度提高4.55%,但对森林的提取并无影响;当融合红边指数、后向散射、纹理特征和植被指数进行分类时,研究区域总体分类精度与单个地类的分类精度均有明显提高,总体精度达到90.06%,Kappa系数达到0.8207。文中实验证明了融合Sentinel-1A与Sentinel-2A多源数据对森林覆盖度高的区域进行分类和信息提取是较为可靠的思路。

基于多时相Sentinel-2卫星影像的冬小麦面积提取

及时准确地提取冬小麦种植信息,对开展冬小麦农情遥感监测具有重要的意义.以杭州市余杭区冬小麦越冬期(2021-12-04)、扬花期(2022-04-08)和乳熟期(2022-05-03)Sentinel-2遥感影像为数据源,分别采用最大似然法、支持向量机、归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)相加和相减合成运算提取冬小麦种植面积.结合冬小麦地面调查数据与实测种植面积,对不同方法的提取结果进行精度评价.结果显示,利用越冬期影像NDVI阈值将常绿植被区(茶园、林地)掩膜处理,对非常绿植被区(建筑、水体、冬小麦)扬花期与乳熟期影像NDVI值进行和值运算,是提取余杭区冬小麦种植面积的最佳方法,面积精度为91.96%,说明基于多时相遥感影像结合植被物候特征与典型地物类型,能够实现冬小麦种植面积的高精度提取.

基于Sentinel-2卫星影像的海南西岛珊瑚礁识别和变化分析

珊瑚礁是海洋中最重要的生态系统之一,近年来在全球气候变化和人为干扰加剧的影响下,我国南海珊瑚礁总体处于快速退化状态。以海南西岛珊瑚礁为例,基于Sentinel-2系列卫星10 m空间分辨率影像,利用面向对象分类法(object-based image analysis,OBIA)对2017年12月~2018年3月和2021年12月两个时期的海南西岛珊瑚礁底质进行了识别分类,并进行珊瑚礁面积变化分析。将2021年12月的分类结果与现场调查数据进行对比验证,总分类精度和Kappa系数分别为83.3%和0.71。对比两个时期珊瑚礁底质分类结果表明,西岛西侧珊瑚礁覆盖面积未出现明显变化,东侧珊瑚礁显示恢复趋势。本文研究表明,10 m地面分辨率卫星系列影像和面向对象的阈值分类方法可以对海南西岛珊瑚礁进行较为准确的识别和变化分析,监测结果可为海南岛沿岸西岛等小型岛礁珊瑚保护及修复提供参考。

基于Sentinel-2卫星对宁夏惠农区不同季节土壤含盐量定量反演

农田土壤盐渍化对农业可持续发展构成重要制约,尤其在中国西北部的宁夏惠农地区盐渍化土壤分布广泛。但是,由于监测技术的限制,该地区土壤盐碱化的详细情况尚不清楚。目前,搭载在Sentinel-2号卫星上的多光谱仪器(MSI)为土壤盐分动态监测提供了很好的机会。因此,本研究采用Sentinel-2号卫星上搭载的多光谱仪器(MSI),结合机器学习模型,在春夏两季准确监测土壤盐分含量的可行性进行了探讨。并使用三个额外红边波段(B5-B7)代替传统红波段(B4),生成潜在的土壤盐分指数。使用基于PLS-VIP准则的筛选方法筛选光谱协变量,并采用随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和极限学习机(ELM)三种机器学习方法建立土壤盐含量反演模型。结果表明:基于Sentinel-2影像的随机森林模型在反演中表现最佳,具有较好的预测效果,春季和夏季的R2和RE分别为0.825、0.207以及0.711和0.271。研究还揭示了土壤盐分在不同季节间显著变化,春季高于夏季。这一成果对于干旱或半干旱地区的土壤盐渍化监测和土地复垦具有重要指导意义。

Sentinel-2A卫星遥感影像小麦种植面积时空特性分析

为了研究基于中分辨率遥感数据进行省市级以上大尺度小麦遥感监测的技术方法的可行性和可靠性,同时探索河南省省市级小麦种植分布的时空特征。借助哨兵2号(Sentinel-2A)卫星遥感影像,使用物候信息的阈值法提取出了2018—2022年河南省小麦种植面积及其分布,并将其结果与统计结果进行对比分析。基于Sentinel-2A卫星遥感影像提取的河南省小麦种植面积与统计种植面积具有强相关性(R2=0.8159)。从空间上看,河南省小麦种植主要集中在北部、东部地区和南部地区,其中驻马店市、周口市小麦种植面积较大,济源市、三门峡市小麦种植面积较小。从时间上看,2018—2019年河南省小麦种植面积呈增长趋势,而在2019—2022年河南省小麦种植面积呈缓慢递减趋势,通过分析发现:地理位置、自然资源、气候变化、人口老龄化、城市发展进程和政府支持政策是影响小麦种植面积变化的重要因素。

基于Sentinel-2与时序Sentinel-1 SAR特征的赣南柑橘种植区识别方法

为准确获取柑橘果园空间分布信息,实现柑橘种植结构调整、产量估算和资源管理,以赣南3个柑橘种植主产区(信丰县、安远县及寻乌县)为研究区域,针对南方地区多云多雨导致传统光学影像较为缺乏的问题,使用Sentinel系列数据和PIE-Engine平台,构建和优选了光谱特征、植被水体指数特征、红边波段特征和纹理特征,并引入时间序列Sentinel-1合成孔径雷达(SAR)数据的后向散射系数,共同探讨不同特征组合对柑橘种植园的识别提取效果,基于随机森林算法并融合Sentinel-2与时序Sentinel-1 SAR特征识别提取了赣南柑橘种植区。结果表明:5、9、11月柑橘种植园与其他地物的平均后向散射系数分离性最佳,是识别提取柑橘的关键时期;指数特征及纹理特征参与分类改善了分类效果且提高了分类精度;相较于单一SAR特征及指数、纹理特征,加入时序SAR特征的分类结果中总体精度达90.084%,Kappa系数达0.863,错分、漏分误差较小,符合实际地物分布情况,说明了时序SAR特征的可用性和实用性。本研究可为多云多雨的南方柑橘果园的识别提取提供参考。

多源极轨卫星微波温度计资料实时区域同化系统

基于中尺度数值预报模式WRF和WRFDA同化系统,实现多源极轨卫星微波温度计资料实时区域同化,并对同化产品进行评估和应用。2018年同化试验结果表明:通过质量控制和偏差订正,AMSU-A资料第5~9通道亮温观测增量O-B(观测值O和背景场的正演辐射模拟值B的差值)的标准差有效降低,同化后各通道亮温分析残差O-A(观测值O和分析场的正演辐射模拟值A的差值)的标准差有效降低。同化预报产品被应用在暴雨强对流个例和台风个例中,取得良好效果。

低轨倾斜轨道卫星太阳电池阵防遮挡设计与分析

低轨倾斜轨道卫星轨道面光照角周期变化,太阳电池阵受照情况复杂,其输出电流呈现波动。为此,文章分析卫星各种工况下的本体遮挡面积,结合太阳电池阵遮挡工作特性分析及阴影遮挡试验结果,开展太阳电池阵防阴影遮挡设计,并采用投影法进行卫星本体遮挡影响分析。结果表明:卫星本体遮挡时,电流损失预计值与在轨遥测电流损失值基本一致,分析误差小于2%。上述分析结果可为卫星复杂遮挡工况下电源系统能量平衡设计提供参考。

低轨遥感卫星全时在线测控技术综述

本文分析了低轨遥感卫星实现全时在线的4个随时需求,概述基于中继、北斗以及移动通信卫星系统等开展低轨遥感卫星天基测控的现状,提出了对应的天基测控方案,对比分析了各种途径的特点,提出构建天地基综合测控服务体系、发展多手段一体化综合测控终端、优化遥感卫星分级分类测控运管策略等设想,为实现低轨遥感卫星全时在线、随时指控应用探索了一种发展路径。

“哨兵-2”卫星影像及C2RCC算法在太湖冬春季水色分析中的应用

利用太湖2019—2022年冬春季“哨兵-2”卫星10 m分辨率的MSI影像和SNAP软件C2RCC(Case 2 Regional CoastColour)模块,以适合浑浊、富营养程度较高、光学复杂的“二类水体”的C2X-nets为模式,开展太湖叶绿素a、总悬浮物浓度、透明度等水色参数反演。结果表明:冬春季太湖各湖区叶绿素a浓度处于较低水平,但4月中旬起有明显抬升;太湖西部沿岸区、南部沿岸区和湖心区总悬浮物浓度较高,表明这些湖区易受风浪影响,造成沉积物再悬浮;太湖东部沿岸区、北部湖湾及东太湖遥感反演的水体清澈度较高,可能与这些湖区冬春季沉水植物菹草的分布有关,菹草生长对水质有较好的净化效果。总体来看,基于C2X-nets模式的C2RCC反演算法从较高分辨率卫星遥感影像中提取的水色信息,能有效反映太湖冬春季水色指标的空间分布特征,可为湖体生态状况及动态变化的长期监测评估提供有价值的参考。

基于Sentinel-2卫星数据的灌区农田土壤水盐协同反演

土壤含水量(soil water content, SWC)和土壤含盐量(soil salt content, SSC)是影响作物生长和农业生产力的重要因素。光学卫星图像已成为SWC和SSC估计的主要数据源。然而,在SWC或SSC变化较大地区,土壤水分和盐分会影响对方对光谱反射率的响应,使得SSC和SWC的反演精度较差。对此,该研究提出了一个半解析性的反射率模型—RVS模型,来模拟植被光谱反射率(R_(v))对作物根区土壤含水量和含盐量的响应;并通过构建的RVS模型,对植被覆盖区域的土壤含水量和土壤含盐量进行同步监测。研究表明:RVS模型在反演研究区土壤含盐量和含水量时,精度较为可靠(水分:决定系数R^(2)为0.63~0.74,均方根误差为0.017~0.028;盐分:决定系数R^(2)为0.68~0.75,均方根误差为0.052 5~0.061 7)。在作物生长过程中,植被光谱反射率对深层土壤的含水量和含盐量的响应比对浅层土壤的含水量和含盐量的响应更加明显,而且随着作物的生长,影响光谱反射率的主导因素从土壤水分慢慢转向土壤盐分和水盐相互作用。该研究在一定程度上揭示了土壤水分、盐分、水盐交互作用对作物光谱反射率的干扰过程,实现土壤水分和盐分的同步监测,对实现区域尺度上土壤含盐量和含水量的精准监测具有一定的意义。

低轨星座卫星快速开发与验证方案设计

针对低轨星座卫星快速开发与验证需求,提出试验星+工程星+接口验证平台(VPI)并行研制验证方案。通过工程星研制,对卫星结构、总装设计及供电主通道、推进贮供主通道等设计进行验证,支撑试验星设计优化与结构投产;VPI对星上电子单机接口、星上软件等进行迭代验证。通过试验星研制,对低轨星座卫星功能性能全面验证,确定星座卫星基线。该方案经多颗卫星实施验证,有效提高了低轨星座卫星验证效率。

基于Sentinel-2影像的巴尔托洛冰川冰面湖研究

冰面湖是冰川的重要组成部分,是冰川消融的指示器,不仅对全球气候变化响应迅速,而且对了解和掌握区域水资源信息意义重大。本文基于Sentinel-2遥感数据,利用随机森林算法,对巴尔托洛冰川冰面湖进行识别提取,并基于提取结果分析研究区冰面湖的空间分布特征,以及冰面湖面积、数量与冰川高程的关系。本文冰面湖提取的准确率达96.07%,完整率达92.18%,错误率为11.59%;识别出巴尔托洛冰川冰面湖567个,面积为249.46~37134 m^(2);冰面湖多分布在距冰川末端3~26 km处,其中海拔3800~4300 m之间冰面湖数量最多,面积普遍较大,平均面积为1922 m^(2);随着高程的升高,冰面湖的数量和面积逐渐减少,在高程5300 m以上冰面湖数量仅为15个,平均面积为356 m^(2);高程升高导致冰面温度降低,是冰面湖数量和面积骤减的主要原因。

实验用大林姬鼠种群微卫星标记开发及遗传特性分析

目的 开发大林姬鼠多态性微卫星标记,丰富大林姬鼠遗传数据,为大林姬鼠遗传质量控制及基因定位等工作奠定基础。方法 基于大林姬鼠基因组序列筛选微卫星位点,挖掘微卫星引物,通过多重PCR技术分析群体的遗传多样性。结果 成功开发出30个微卫星标记,利用60份大林姬鼠基因组DNA对30个微卫星位点进行评价,共检测出152个等位基因,平均每个位点有5.067个等位基因;平均观察杂合度为0.592;平均香农指数为1.265;平均多态信息含量为0.598。结论 基于本研究所开发的微卫星位点具有较好的多态性,能有效分析大林姬鼠群体的遗传多样性,适合为建立大林姬鼠遗传质量标准和遗传质量检测方法奠定基础。

基于决策性能评估的多波束低地球轨道卫星网络资源分配算法

为了解决多波束低地球轨道(LEO)卫星波束间同频干扰、频谱短缺、业务量分布不均等问题,针对单一决策网络缺乏自我修正能力、容易陷入局部最优解、无法充分考虑长期影响等弊端,提出了一种基于决策性能评估的资源分配算法。该算法引入不同用户的业务满足指数来衡量系统的公平性,在考虑公平性的前提下优化系统的吞吐量性能,并将该优化问题建模为多目标优化问题。将具有时间相关性的连续资源分配过程建模为马尔可夫过程,提出基于决策性能评估的网络资源分配算法来解决该问题。所提算法可以根据评估网络的评估结果调整决策网络参数,从而优化资源分配方案,同时更新评估网络自身参数。通过迭代优化的方式,实现决策网络的准确预测。仿真结果表明,所提算法在吞吐量性能和公平性方面优于传统资源分配算法。

数值预报中气象卫星资料同化前处理技术进展

在数值天气预报变分同化中,利用同化前处理将卫星资料完成有效信息优选、资料拼接和稀疏化、初级通道选择、下边界参数耦合等处理,实现卫星资料同化对数值天气预报业务的正贡献,是决定海量卫星资料同化效率、质量和效果的重要环节。针对多种格式的卫星资料,中国气象局研发标准格式的高时效卫星资料拼接等技术,有效减小整轨卫星资料时间滞后对数值天气预报业务的负面影响。对于风云气象卫星资料,将云和降水检测、资料质量分析等处理置于同化前处理中,实现多光谱资料融合的同化预质量控制,保证了风云卫星微波温度探测资料和红外高光谱资料的同化正贡献。利用统一资料格式对预处理卫星资料进行再处理,拓展针对卫星成像和主动探测资料的处理,将卫星资料同化的部分质量控制功能置于卫星资料同化前处理中,是风云卫星资料同化前处理技术发展的重要趋势。

太阳同步轨道遥感卫星快速目标访问计算方法

目标访问计算是指根据遥感卫星轨道和待观测目标的位置,计算遥感卫星对目标观测的时刻和姿态,是遥感卫星任务管控领域的重要基础技术之一。高效的目标访问计算方法可大幅提升卫星任务管控的时效性,对后续大规模遥感星座任务管控具有重要意义。利用太阳同步轨道卫星交点地方时不变的特点,快速估算出卫星经过目标的较短时间窗口,对时间窗口内的星历进行逐点计算,获取卫星对目标进行访问的最佳时刻。试验结果证明,该方法可大幅提升目标访问时间的计算效率。

基于数据传输特性的卫星广播通道参数优化方法与应用

中国气象局卫星广播系统(CMACast)是全球对地观测广播系统(GEONETCast)框架下三大对地广播系统之一,在世界气象组织信息系统(WIS)和综合卫星数据分发服务系统(IGDDS)框架下,承担亚太地区气象数据广播分发的职责。随着气象业务的发展,广播系统数据量由180 GB/天增长至460 GB/天,在广播带宽资源有限而广播数据种类和大小各异的情况下,系统管理员越来越难以通过经验对广播通道参数调整以保持广播系统播发效率,造成部分通道数据播发时效下降严重,不能满足业务时效要求。通过对不同气象数据传输特性的定量分析,获得各类数据的精细化数据传输样本,在此基础上对各类数据广播通道参数进行科学、定量的计算和优化,使数据播发时效明显提升,应用到实际广播业务中效果明显。